專利名稱：彩色圖像投影系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及在后投影屏幕上投影二維圖像，同時(shí)保持較低的 功耗、較高的分辯率、小型緊湊的尺寸、無(wú)噪聲的運(yùn)行以及最小的振 動(dòng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，可以基于在相互正交的方向振蕩以通過(guò)光柵掃描激光 束的一對(duì)掃描鏡在屏幕上投影二維圖像。然而，已知的圖像投影系統(tǒng)投影的圖像具有有限的分辯率，典型地低于640x480像素的視頻圖形 陣列(VGA)質(zhì)量的四分之一。紅、藍(lán)和綠色激光器被用于以投影彩 色圖像。已知的投影系統(tǒng)的物理尺寸和功耗相對(duì)較高，由此將它們用 于小型、手持、電池運(yùn)行的應(yīng)用是不切實(shí)際的，很大程度上是由于使 用了具有晶體倍頻器的紅外泵浦二極管(diode-pumped )Nd:YV04晶 體激光器以生成綠色光束，以及使用聲光調(diào)制器用于脈沖調(diào)制綠色光 束。同樣，在使用期間，掃描鏡的低掃描速率生成令人討厭的噪聲和 振動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一般目的是提供一種在后投影屏幕上投影出銳利 和清晰的、二維、全色圖像的圖像投影系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)不使用綠色激光器及其相關(guān)電路，使 得這種投影系統(tǒng)中的功耗、成本和復(fù)雜度最小。本發(fā)明的還一個(gè)目的是提高由這種系統(tǒng)投影的彩色圖像的分辯率。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在這種系統(tǒng)中排除綠色激光器的^f吏用。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在其上可以看見全色圖l象的新 穎的屏幕。在一個(gè)目的是提供在多個(gè)不同外形因素的裝置中有用的小型、緊 湊、輕量的以及便攜式的彩色圖像投影系統(tǒng)。與這些目的和其它目的一致的目的在下文中將變得顯而易見，簡(jiǎn) 言之，本發(fā)明的一個(gè)特性在于用于投影二維、彩色圖像的圖像投影系統(tǒng)中。該設(shè)備包括投影屏幕；用于分別地發(fā)射紅、藍(lán)和紫色激光束的 多個(gè)紅、藍(lán)和紫色激光器；用于形成紅、藍(lán)和紫色光束的合成光束的 光學(xué)組件；用于掃過(guò)合成光束作為跨越屏幕的掃描線圖案的掃描器， 每條掃描線有多個(gè)像素；以及用于通過(guò)合成光束促使所選擇的《象素被 照亮，并使得可見以產(chǎn)生彩色圖像的控制器。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供在投影屏幕中的磷光體，用于將紫色 光束轉(zhuǎn)換成綠色激光束以產(chǎn)生紅、藍(lán)和綠色的圖像。在優(yōu)選實(shí)施例中，掃描器包括一對(duì)可振蕩的掃描鏡，用于以不同 的掃描速率和不同的掃描角沿通常相互正交的方向掃過(guò)合成光束。至 少一個(gè)掃描速率超過(guò)聽得見的頻率，例如18kHz之上，以降低噪聲。 至少一個(gè)掃描鏡由慣性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)以將功耗降至最小。圖像的分辯率 優(yōu)選地超過(guò)VGA品質(zhì)的四分之一 ，但是典型地等于或超過(guò)VGA品質(zhì)。 優(yōu)選所述激光器、掃描器、控制器和光學(xué)部件占用小于七十立方厘米 的體積。投影屏幕包括準(zhǔn)直透鏡，例如，菲涅耳透鏡，用于將紅、藍(lán)和紫 色光束對(duì)準(zhǔn)為平行光線；具有多個(gè)透鏡以在聚焦平面聚集平行光線的 雙凸透鏡陣列；以及在聚焦平面具有多個(gè)小孔的掩模，每個(gè)小孔被以 磷光體填充，其操作以從其中發(fā)射入射的紅色和藍(lán)色光束，并用于將 入射的紫色光束轉(zhuǎn)換成綠色光束，由此使得紅、藍(lán)和綠色(RBG)圖 像顯示在屏幕上。為了增大磷光體上的入射光束的增益，提供多個(gè)小 透鏡，每個(gè)用于掩模的一個(gè)孔徑。


圖1是根據(jù)本發(fā)明用于在后投影屏幕上投影圖像的系統(tǒng)的圖解視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于安裝在圖1的系統(tǒng)中的圖像投影設(shè)備的放 大、上層、透視圖；圖3是圖2的設(shè)備的頂部平面視圖；圖4是用于圖2的設(shè)備中的慣性驅(qū)動(dòng)器的正面透視圖；圖5是圖4的慣性驅(qū)動(dòng)器的背面透視圖；圖6是圖2的設(shè)備的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的透視圖；圖7是描繪圖2的設(shè)備的操作的電氣示意功能框圖；圖8是在其上投影圖像的投影屏幕的截面圖；圖9是圖8的屏幕的透視圖；圖IO是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖8的投影屏幕的細(xì)節(jié)的分 解截面圖；以及圖11為類似于圖IO的視圖，但為投影屏幕的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖1中的附圖標(biāo)記10,通常標(biāo)識(shí)為安裝了圖2所示的輕量、緊 湊的圖像投影設(shè)備20的框架，并操作以投影合成光束到固定的后部 反射鏡12，并從那里反射到包含準(zhǔn)直透鏡14、雙凸透鏡陣列16和孔 徑掩模18的后投影屏幕上，其結(jié)構(gòu)和功能在下面結(jié)合圖8-12進(jìn)行說(shuō) 明。如同下面所說(shuō)明的，屏幕前面的觀測(cè)者可以看見上面的二維、紅、 藍(lán)和綠色圖像。參考圖2和圖3，設(shè)備20包括固態(tài)、優(yōu)選為半導(dǎo)體激光器22， 當(dāng)其被激勵(lì)時(shí)，發(fā)射約630-675納米的明亮的紅色激光束58。透鏡24 是具有正焦距的偏球形(biaspheric)凸透鏡，其操作以聚集紅色光束 中實(shí)際上所有的能量，并用于產(chǎn)生衍射受限光束。透鏡26是具有負(fù) 焦距的凹透鏡。透鏡24、 26由未示意的支架(為清晰起見在圖2中 未示意)上分開的相應(yīng)的透鏡固定。透鏡24、 26將紅色光束聚焦到Jl 。另一個(gè)固態(tài)、半導(dǎo)體激光器28安裝在支架上，并且當(dāng)其被激勵(lì) 時(shí)發(fā)射約435-490納米的衍射受限藍(lán)色激光束56。采用另外的偏球形 透鏡30和凹透鏡32以用類似于透鏡24、 26的方式將藍(lán)色光束聚焦 到屏幕上。還有另外一個(gè)固態(tài)、半導(dǎo)體激光器34安裝在支架上，并且當(dāng)其 被激勵(lì)時(shí)發(fā)射具有優(yōu)選地為400-415納米級(jí)的波長(zhǎng)的衍射受限紫色激 光束40。對(duì)于某些應(yīng)用，350-370納米級(jí)的更短的波長(zhǎng)可能更可取。 使用另外的偏球形凸透鏡44和凹透鏡46以用類似于透鏡24、 26的 方式將紫色光束40聚焦到屏幕上。如下所述，最后使用紫色激光器 而不是綠色激光器來(lái)產(chǎn)生綠色光束以創(chuàng)建全色、紅色、藍(lán)色和綠色 (RBG)圖像供觀看。該設(shè)備包括一對(duì)安排用于使得紫、藍(lán)和紅色光束在到達(dá)掃描組件 60之前基本上共線的分色濾光器52、 54。濾光器52允許紫色光束40從 中穿過(guò)，但是來(lái)自藍(lán)色激光器28的藍(lán)色光束56通過(guò)干涉效應(yīng)被反射。 濾光器54允許紫色和藍(lán)色光束40、 56從中穿過(guò)，但是來(lái)自紅色激光器 22的紅色光束58通過(guò)干涉效應(yīng)被反射?；旧瞎簿€的光束40、 56、 58作為合成光束被導(dǎo)向固定反彈反 射鏡62，并從固定反彈反射鏡62反射。掃描組件60包括由慣性驅(qū)動(dòng) 器66 (在圖4-5中分離示意的)以第一掃描速率振蕩以在水平掃描角 掃過(guò)從反彈反射鏡62反射的合成光束的第一掃描鏡64，以及由電磁 驅(qū)動(dòng)器70以第二掃描速率振蕩以在垂直掃描角掃過(guò)從第一掃描鏡64 反射的合成光束的第二掃描鏡68。在不同的結(jié)構(gòu)中，掃描鏡64、 68 可由單個(gè)雙軸反射鏡代替。慣性驅(qū)動(dòng)器66是一個(gè)高速、低電功耗的組件。慣性驅(qū)動(dòng)器的詳 細(xì)描述可以在2003年3月13日提出的轉(zhuǎn)讓給相同受讓人作為本申請(qǐng) 并在此合并作為參考的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)No.10/387，878中找到。 慣性驅(qū)動(dòng)器的使用使得掃描組件60的功耗降低到低于1瓦特，以及 如下所述在投影彩色圖像的情況下降低到低于10瓦特。驅(qū)動(dòng)器66包括用于借助絞鏈支撐掃描鏡64的可移動(dòng)的框架74，其9中絞鏈包括沿絞鏈軸延伸的一對(duì)共線的絞鏈部分76、 78，并且在掃描 鏡64的相反區(qū)域和框架的相反區(qū)域之間連接。如圖所示，框架74不需 要環(huán)繞掃描鏡64?？蚣?、絞鏈部分和掃描鏡被制作成一片大約為150n厚通常為平面 的硅基片，該硅基片被蝕刻以形成具有上部平行的槽隙部分、下部平 行的槽隙部分以及U形中心槽隙部分的Q形槽隙。掃描鏡64優(yōu)選地為 橢圓形，并且能夠自由地移動(dòng)到槽隙部分內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量 出沿橢圃形掃描鏡的軸的尺寸為749nxl600n。每個(gè)絞鏈部分的寬度為 27n,長(zhǎng)度為1130ji。該框架為3100ji寬和4600ji長(zhǎng)的矩形。慣性驅(qū)動(dòng)器被安裝在通常為平面的、印刷電路板80上，并且操作 以直接移動(dòng)框架，并利用慣性間接地使掃描鏡64環(huán)繞鉸鏈軸振蕩。慣 性驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例包括一對(duì)沿垂直于電路板80的方向延伸的壓 電式換能器82、 84，并在絞鏈部分76的任意一側(cè)與框架74的分離部分 接觸?？梢允褂谜澈蟿┮源_保每個(gè)換能器的末端與每個(gè)框架部分之間 的永久連接。每個(gè)換能器相反的末端從板80的背面伸出并且通過(guò)線 86、 88電連接到周期性交流電源(未示出)。在^f吏用中，周期性信號(hào)將周期性驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)用到每個(gè)換能器，并 促使相應(yīng)的換能器長(zhǎng)度交替延伸和收縮。當(dāng)換能器82延伸時(shí)，換能 器84便收縮，反之亦然，由此同時(shí)地推和拉以定距離間隔的框架部 分并促使該框架環(huán)繞鉸鏈軸扭轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電壓具有對(duì)應(yīng)于掃描鏡的諧振 頻率的頻率。掃描鏡從其最初靜止的位置移動(dòng)直到它以諧振頻率環(huán)繞 鉸鏈軸振蕩。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述框架和掃描鏡的厚度大約為150n, 并且掃描鏡具有較高Q因素。每個(gè)換能器lji級(jí)的移動(dòng)可以促使以超 過(guò)20kHz的掃描速率振蕩掃描鏡。另一對(duì)壓電式換能器90、 92沿板80的垂直方向延伸，并在絞鏈 部分78的任意一側(cè)與框架74的分離部分永久接觸。換能器90、 92 被用作監(jiān)視框架的振蕩移動(dòng)的反饋設(shè)備，并且用于生成并傳導(dǎo)電反饋 信號(hào)沿著線94、 96到反饋控制電路(未示出)。盡管光線可以從掃描鏡的外部表面反射，理想的是以由金、銀、鋁或類似材料制成的鏡面涂層涂覆反射鏡64的表面，或者以高反射 率的電介質(zhì)涂層涂覆反射鏡64的表面。電磁驅(qū)動(dòng)器70包括共同安裝并位于第二掃描鏡68的后面的永久 磁體，并運(yùn)轉(zhuǎn)電磁線圏72以響應(yīng)于接收周期性驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)周期 性磁場(chǎng)。線團(tuán)72鄰近磁體，以便周期性磁場(chǎng)與磁體的永久磁場(chǎng)磁性上 交互作用，并致使磁體、第二掃描鏡68依次振蕩。慣性驅(qū)動(dòng)器66以優(yōu)選大于5kHz以及特別是在18kHz或更高級(jí)別 上的掃描速率高速振蕩掃描鏡64。這種高掃描速率是聽不見的頻率， 因此將噪聲和振動(dòng)降至最小。電磁驅(qū)動(dòng)器70以40Hz級(jí)別的較慢的掃描 速率振蕩掃描鏡68，這種掃描速率足夠快以允許圖像駐留在人的視網(wǎng) 膜上而不會(huì)過(guò)多的閃爍。較快的反射鏡64掃過(guò)水平掃描線，而較慢的反射鏡68垂直掃過(guò)水 平掃描線，由此創(chuàng)建柵格的或是粗糙平行掃描線序列的光柵圖，由此 構(gòu)成圖像。每條掃描線有多個(gè)像素。優(yōu)選圖像分辨率為1024x768像素 的XGA質(zhì)量。通過(guò)有限的焦點(diǎn)距離可以顯示1270x720像素的高清晰度 的720p的電視標(biāo)準(zhǔn)。在某些應(yīng)用中，320x48(H象素的二分之一的VGA 質(zhì)量，或者320x240像素的四分之一的VGA的質(zhì)量就足夠了。最小期 望160xl60像素的分辨率。反射鏡64、 68的角色可以相反，因此反射鏡68為較快的，而反 射鏡64為較慢的。還可以設(shè)計(jì)反射鏡64以掃過(guò)垂直掃描線，如果這 樣則反射鏡68將掃過(guò)水平掃描線。同樣，可以使用慣性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng) 反射鏡68。實(shí)際上，兩個(gè)反射鏡的任何一個(gè)都可以由機(jī)電、電氣、機(jī) 械、靜電、磁性、或者電磁驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。在圖像被顯示的期間，較 慢的反射鏡優(yōu)選以恒定速度移動(dòng)。在反射鏡的返回期間，該反射鏡以 比其諧振頻率顯著地更高的速度移動(dòng)，并且使激光器去激勵(lì)以降低功 耗。圖6是在如同圖2的相同的透視圖中的設(shè)備20的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。上述組 件被安裝在支架或底板100上，并定義了光學(xué)路徑102。夾具104、 106、 108、 110、 112相互對(duì)齊地分別固定折疊式反射鏡48，濾光器52、 5和反彈反射鏡62。每個(gè)夾具具有多個(gè)定位槽用于接受固定安裝在支架 上的定位柱。因此，反射鏡和濾光器被恰當(dāng)?shù)囟ㄎ?。如圖所示，有三 個(gè)支柱，由此允許兩個(gè)角度的調(diào)節(jié)和一個(gè)橫向調(diào)節(jié)。每個(gè)夾具可以被 粘結(jié)到其最終的位置。圖像是通過(guò)選擇性照射一條或多條掃描線中的像素構(gòu)建的。如同 下面參照?qǐng)D7更為詳細(xì)的描迷，控制器114促使光柵中被選擇的像素被 照射，并通過(guò)三個(gè)激光束使得可見。例如，紅、藍(lán)和紫色電源控制器 116、 118、 120分別傳導(dǎo)電流到紅、藍(lán)和紫色激光器22、 28、 34以給 后者激勵(lì)，以在每個(gè)所選擇的像素發(fā)射各自的光束，并不給紅、藍(lán)和 紫色激光器傳導(dǎo)電流以給后者去激勵(lì)，以不照射其它未選擇的像素。 所產(chǎn)生的照射和未照射的像素組成了圖像，其可以是任何人工的或機(jī) 器可讀的信息或圖形的顯示。慣性驅(qū)動(dòng)器從一個(gè)端點(diǎn)開始沿著水平方向以水平掃描速率掃過(guò)合成光束到相反的端點(diǎn)以形成掃描線。因此，電磁驅(qū)動(dòng)器70沿垂直 方向以垂直掃描速率掃過(guò)合成激光束到另一個(gè)端點(diǎn)以形成第二掃描 線。以相同的方式繼續(xù)后續(xù)掃描線的形成。在微處理器114或控制電路的控制之下，通過(guò)操作電源控制器 116、 118、 120，在所選擇的時(shí)間通過(guò)激勵(lì)或脈動(dòng)激光器的開啟和關(guān) 閉來(lái)在光柵中創(chuàng)建圖像。只有在期望的圖像中的像素想要被看見的時(shí) 候，激光器才產(chǎn)生可見光并打開。每個(gè)像素的顏色由一個(gè)或多個(gè)光束 的顏色來(lái)確定。如下所述，綠色源自紫色光束。如下所述，可見光諉 中的任何顏色可以通過(guò)選擇性疊加一個(gè)或多個(gè)激光束來(lái)形成。光柵是 由每條線和多條線上的多個(gè)像素組成的柵格。圖像是所選擇像素的位 圖。每一個(gè)字母或數(shù)字、任何圖形設(shè)計(jì)或標(biāo)志，以及甚至機(jī)器可讀的 條形碼符號(hào)都可以形成為位像。如圖7所示，輸入視頻信號(hào)具有垂直的和水平的同步數(shù)據(jù)，以及 像素和時(shí)鐘數(shù)據(jù)，在微處理器114的控制之下被發(fā)送到紅、藍(lán)和紫色 緩沖器122、 124、 126。存儲(chǔ)一個(gè)完整的VGA幀需要幾千字節(jié)，并且 期望緩沖器具有足夠的內(nèi)存用于兩個(gè)完整的幀，以使得一個(gè)幀能夠被寫入，同時(shí)另一個(gè)幀被處理和投影。緩存的數(shù)據(jù)在速度靠模(speed profile) 130控制之下被發(fā)送到格式化器128，以及發(fā)送到紅、藍(lán)、和 紫色查找表(LUT) 132、 134、 136以校正由掃描引起的固有內(nèi)部失 真，以及由投影圖像的顯示角度引起的幾何失真。所產(chǎn)生的紅、藍(lán)和 紫色數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 138、 140、 142被轉(zhuǎn)換成紅、 藍(lán)和紫色模擬信號(hào)。紅、藍(lán)和紫色模擬信號(hào)被饋送給同樣與紅、藍(lán)和 紫色電源控制器116、 118、 120相連的紅、藍(lán)和紫色激光驅(qū)動(dòng)器(LD) 144、 146、 148。圖7還示出了反饋控制，包括與紅、藍(lán)和紫色模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換 器158、 160、 162相連并反之與微處理器114相連的紅、藍(lán)和紫色光 電二極管放大器152、 154、 156。掃描鏡64、 68由從DAC 172、 174饋以模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器168、 170驅(qū)動(dòng)，DAC 172、 174反之與微處理器相連。反饋放大器176、 178 檢測(cè)掃描鏡64、 68的位置，并被連接到反饋A/D 180、 182,并反之連 接到微處理器。運(yùn)行電源管理電路184以將功耗降至最小，同時(shí)優(yōu)選通過(guò)保持 紅、藍(lán)和紫色激光器的電流剛好低于發(fā)射激光的門限實(shí)現(xiàn)快速及時(shí) (fast on-times )。如果檢測(cè)到掃描鏡64、 68的任意一個(gè)不在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，則運(yùn)行 激光安全關(guān)閉電路186以關(guān)閉激光器。為了從綠色光束得到紫色，要修改后投影屏幕。根據(jù)本發(fā)明，合 成(紅、藍(lán)和紫色)光束從圖1中的投影設(shè)備20發(fā)出，并反之從背 面反射鏡12反射，如圖8-9更為詳細(xì)示出的，被投射到準(zhǔn)直透鏡14 之上，優(yōu)選準(zhǔn)直透鏡為菲涅耳透鏡。同樣如圖8-9更為詳細(xì)示出的， 從準(zhǔn)直透鏡退出的校準(zhǔn)光線被指向雙凸透鏡陣列16上。如同在圖10 放大的視圖中更為清楚地示出的，雙凸透鏡陣列16具有二維透鏡陣 列36，每個(gè)操作用于將入射的校準(zhǔn)光線聚焦到孔徑掩模18的平面， 尤其是聚焦到其的孔徑38上。每個(gè)透鏡36的尺寸大約為50-100微米， 并且優(yōu)選小于屏幕的基本像素尺寸。根據(jù)本發(fā)明，以磷光體50填充每個(gè)孔徑38，當(dāng)磷光體50受到 入射聚焦光線的激勵(lì)的時(shí)候，傳播/散射入射光線的紅色和藍(lán)色成分， 但根據(jù)紫色成分創(chuàng)建綠色光。換言之，磷光體50僅僅對(duì)紫色光作出 響應(yīng)以生成綠色光，但是基本上不變地散射紅色和藍(lán)色激光波長(zhǎng)。然 而， 一小部分藍(lán)色波長(zhǎng)激光被吸收并被磷光體轉(zhuǎn)換成綠色光。這是 有利的，因?yàn)樯倭康木G色激光與藍(lán)色激光混合以模擬一個(gè)有效地更長(zhǎng) 波長(zhǎng)(460-480納米)的藍(lán)色光，通常在標(biāo)準(zhǔn)的LCD和CRT顯示器 中獲得。有幾種磷光體具有這種特性，尤其是日本Nichia公司銷售的 型號(hào)為NP-2211、 NP-2221和NP108-83的磷光體。透鏡36可以很好地選擇沿著某一方向傳播/散射的光的數(shù)量，因 此確保大部份光線被導(dǎo)向到觀測(cè)者期望的位置。例如，由于觀測(cè)者通 常坐在與屏幕相同的高度，因此不需要從沿垂直方向大于10。的從屏 幕發(fā)射任何光線。沿著水平方向，不需要在大于30。-40。的角度上發(fā)射 光線。這就增強(qiáng)了觀測(cè)者看到的光線的增益和數(shù)量。面向觀眾的屏幕的大部份區(qū)域是黑色的。這就降低了環(huán)境反射并 增強(qiáng)了圖像對(duì)比度。通過(guò)與上述磷光體一起使用紫色激光顯著降低了 斑點(diǎn)噪聲，因?yàn)槿说难劬?duì)綠色更敏感。如圖11所示，將分離的磷 光板42毗連掩模18放置，而不是使用磷光體填充掩模18的孔徑。 10-20微米級(jí)的小透鏡150被置于掩模的孔徑內(nèi)以增大增益。如圖9所示，孔徑38不需要具有矩形的橫截面，而是可以具有 任何橫截面，諸如圓形、橢圓形、或方形。如同描述，后投影屏幕作 為電視或監(jiān)控顯示器尤為有用。該屏幕也可以是前投影屏幕，在此紫 色光線被轉(zhuǎn)換成綠色光線，并且其中紅色和藍(lán)色激光束被散射回到觀 測(cè)者。所附權(quán)利要求書中闡述了新穎以及期望受專利證書保護(hù)的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1. 一種用于投影二維、彩色圖像的圖像投影系統(tǒng)，包括a)投影屏幕；b)用于向所述投影屏幕發(fā)射由不同波長(zhǎng)的多個(gè)激光束組成的合成光束的激光器組件；c)用于掃過(guò)橫越所述投影屏幕的掃描線的圖案中的合成光束的掃描器，每條掃描線具有多個(gè)像素；d)與所述激光器組件和所述掃描器操作性連接的控制器，用于通過(guò)所述合成光束促使所選擇的像素被照亮，并使得可見，以產(chǎn)生圖像；以及e)投影屏幕中的磷光體，用于將具有某一波長(zhǎng)的激光束的其中之一轉(zhuǎn)換成不同的波長(zhǎng)，以產(chǎn)生紅、藍(lán)和綠色的圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影系統(tǒng)，其中所述激光器組件包括 用于分別地生成紅、藍(lán)和紫色激光束的紅色、藍(lán)色和紫色固態(tài)半導(dǎo)體 激光器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影系統(tǒng)，其中所述激光器組件包括 紫色、固態(tài)、半導(dǎo)體激光器，并且當(dāng)受到紫色光束的激勵(lì)時(shí)所述磷光 體產(chǎn)生綠色激光束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l的圖像投影系統(tǒng)，其中所述掃描器包括 用于以第一掃描速率沿第一方向，并在第一掃描角之上掃過(guò)所述合成光束的第一振蕩掃描鏡，以及用于以不同于所述第一掃描速率的第二掃描速率沿與所述第一 方向基本上垂直的第二方向，并且以不同于所述第一掃描角的第二掃 描角掃過(guò)所述合成光束的第二振蕩掃描鏡。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的圖像投影系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述掃描速 率超出可聽見的頻率以使噪聲最小。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4的圖像投影系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述掃描鏡 由慣性驅(qū)動(dòng)器振蕩。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影系統(tǒng)，其中所述控制器包括用于 給所述激光器組件激勵(lì)以照射所述選擇的像素，以及用于給所述激光 器組件去激勵(lì)以不照射所述選擇的像素之外的像素的裝置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影系統(tǒng)，其中所述投影屏幕包括用 于校準(zhǔn)激光束的準(zhǔn)直透鏡。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的圖像投影系統(tǒng)，其中所述準(zhǔn)直透鏡為菲涅 耳透鏡。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8的圖像投影系統(tǒng)，其中所述投影屏幕包括具 有用于在聚焦平面上聚焦所述校準(zhǔn)的激光束的多個(gè)透鏡的雙凸透鏡 陣列。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10的圖像投影系統(tǒng)，其中所述投影屏幕包括 具有處于所述聚焦平面的孔徑的掩模。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11的圖像投影系統(tǒng)，其中所述磷光體位于所 述孑L徑內(nèi)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11的圖像投影系統(tǒng)，其中所述磷光體形成與 所述掩模接觸的板，并處于聚焦平面中。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13的圖像投影系統(tǒng)，其中所述投影屏幕包括 多個(gè)小透鏡，每個(gè)小透鏡沿每個(gè)孔徑延伸并穿過(guò)孔徑。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影系統(tǒng)，光學(xué)組件包括多個(gè)分色濾 光器，每個(gè)分色濾光器操作用于反射其中至少一個(gè)光束并用于傳播至 少一個(gè)光束。
16、 一種用于投影二維、彩色圖像的圖像投影系統(tǒng)，包括 a )投影屏幕；b) 激光器組件，包括用于分別發(fā)射多個(gè)紅、藍(lán)和紫色激光束的 紅、藍(lán)和紫色激光器；c) 用于光學(xué)聚焦并基本上共線排列所述激光束，以形成合成光 束的光學(xué)組件；d) 用于掃過(guò)橫越所述投影屏幕的掃描線的圖案的合成光束的掃 描器，每條掃描線具有多個(gè)像素；e) 投影屏幕中的磷光體，用于將紫色光束轉(zhuǎn)換為綠色激光束；以及f) 與所述掃描器操作性連接的控制器，用于通過(guò)所述合成光束 促使所選擇的像素被照射，并使得可見，以產(chǎn)生圖像，所述控制器被 操作用于選擇至少一些激光束以照射所述選擇的像素，以產(chǎn)生所述 紅、藍(lán)和綠色圖像。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16的圖像投影系統(tǒng)，其中所述光學(xué)組件包括 第一分色濾光器，用于反射藍(lán)色光束并用于從其中傳播紫色光束，與所述第一分色濾光器光學(xué)對(duì)齊的第二分色濾光器，用于反射紅 色光束并用于從其中傳播藍(lán)色和紫色光束，以及與所述分色濾光器光學(xué)對(duì)齊的反射鏡，用于朝向所述分色濾光器 反射紫色光束。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16的圖像投影系統(tǒng)，其中所述投影屏幕包括: 用于校準(zhǔn)紅、藍(lán)和紫色光束的準(zhǔn)直透鏡，用于聚焦所述校準(zhǔn)的紅、藍(lán)和紫色光束到聚焦平面的雙凸透鏡陣 列，以及具有處于聚焦平面的孔徑的掩模，并且其中以磷光體填充所述孔 徑以將其上聚焦的紫色光束轉(zhuǎn)換為綠色激光束。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16的圖像投影系統(tǒng)，其中所述投影屏幕包括 沿有孔的掩模的孔徑延伸的多個(gè)小透鏡。
20、 一種在投影屏幕上投影二維、彩色圖像的方法，包括步驟a) 朝屏幕發(fā)射由不同波長(zhǎng)的多個(gè)激光束組成的合成光束；b) 掃過(guò)所述合成光束作為橫越所述屏幕的掃描線的圖案，每條 掃描線具有多個(gè)像素；c) 通過(guò)所述合成光束促使所選擇的像素被照射，并使得可見， 以產(chǎn)生圖l象；以及d) 將具有某一波長(zhǎng)的激光束的其中之一轉(zhuǎn)換成不同的波長(zhǎng)以產(chǎn) 生紅、藍(lán)和綠色的圖像。
全文摘要
一種將圖像投影到投影屏幕上的圖像投影系統(tǒng)，投影屏幕上具有磷光體，用于將入射的紫色光線轉(zhuǎn)換為綠色光線，并與紅色和藍(lán)色光線一起產(chǎn)生全色圖像。該屏幕包括具有以磷光體填充的孔徑的有孔掩模，或者磷光板與掩模接觸，并具有沿著孔徑延伸并穿過(guò)孔徑的小透鏡。
文檔編號(hào)G02F1/00GK101263420SQ200680003281
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者保羅·德沃基斯, 弗雷德里克·F·伍德, 晨·譚, 米克羅斯·斯坦恩 申請(qǐng)人:訊寶科技公司